手機天線基礎(chǔ)知識

1、手機內(nèi)置式天線設(shè)計,天線基本概念,Return Loss（回波損耗S11）,天線原理,Directionality（方向性系數(shù)） 天線輻射方向性參數(shù)。天線據(jù)此可分全向（omni-directional）和定向（directional）。 Gain（增益） 天線增益定義為規(guī)定方向的天線輻射強度和參考天線之比。 Efficiency（效率） GainDirectionality Efficiency EfficiencyOutput Power/Input Power,天線原理,Polarization（極化） 天線遠場處電矢量軌跡。分線極化、圓極化、橢圓極化。 一般手機外置（stubby）天線在

2、H面接近線極化，PIFA和Monopole極化復(fù)雜。 基站入射波為線極化，方向與地面垂直。 XY平面為H面，YZ面E1面，XZ面E2面。,基站,X,Y,Z,天線原理,一個理論上的各向同性（Isotropic）天線有全立體角相等的方向分布。 該天線可作為其它天線的參照。,天線原理偶極天線,偶極天線方向圖側(cè)視 看來Isotropic方向圖垂直方向收到“擠壓”，水平方向則擴大了覆蓋范圍。 增益越高，垂直方向波束越窄，水平方向覆蓋面積越大。,全向和定向,右上圖為一高增益全向天線。垂直方向波束窄，陰影為天線不能覆蓋范圍。水平方向則覆蓋面積很大。 右下圖顯示方向圖被“擠壓”向一個方向，輻射能量在一定角度分

3、布較大。而背面能量分布少。,EIRP（ Effective Isotropic Radiated Power ） EIRP = transmitter power + antenna gain cable loss,內(nèi)置天線分類,PIFA Planar Inverted F Antenna Internal Planar Monopole 內(nèi)置平面單極天線 Internal Helix 內(nèi)置螺旋天線,手機結(jié)構(gòu) vs PIFA天線（直板機）（一）,典型PIFA形式,GSM/DCS(/PCS) 位于手機頂部 面向Z軸正向，與電池同側(cè)。,手機結(jié)構(gòu) vs PIFA天線（直板機）（二）,L=3540,w

4、=1525,H=68,Feed pin,short pin,Ground,Antenna,手機結(jié)構(gòu) vs PIFA天線（直板機）（三）,PIFA最重要的三個參數(shù) W，L，H，其中H和天線諧振頻率的帶寬密切相關(guān)。W、L決定天線最低頻率。 手機PCB的尺寸對PIFA有很大影響 Shielding Case對天線的影響 手機電池芯對PIFA影響強烈。,PIFA需要的空間和其它條件,PIFA需要的空間大小視乎頻段和射頻性能的需求。 雙頻（GSM/DCS）：600 78mm 三頻（GSM/DCS/PCS）：700 78mm 滿足以上需求則GSM頻段一般可能達10dBi，DCS/PCS則01dBi。 天線

5、正下方一般避免安放器件，尤其是Speaker和Vibrator 電池盡量遠離天線。一般至少5mm以上。 天線同側(cè)后蓋上不用導(dǎo)電漆噴涂，謹慎使用電鍍裝飾。,天線饋點和接地的擺放（紅色為饋點，藍色為接地）,手機結(jié)構(gòu) vs PIFA天線（翻蓋或滑蓋）（一）,翻蓋手機合蓋狀態(tài)，天線表現(xiàn)與直板機無異。 開蓋狀態(tài)，上下蓋PCB都為地，天線由在地頂端變?yōu)樘幱诘刂醒搿?手機結(jié)構(gòu) vs PIFA天線（翻蓋或滑蓋）（二）,右二圖為合、開兩種狀態(tài)下天線S11參數(shù)的Smith圓圖。右上圖為合蓋，右下為開蓋。 由右圖可見兩種狀態(tài)下天線工作狀態(tài)發(fā)生較大變化。通常低頻諧振降低。,以上二圖分別為直板（左）、翻蓋（右）1GHz

6、時的增益方向圖。 由于翻蓋打開，增益比直板狀態(tài)增大了。直板狀態(tài)全向性好，翻蓋狀態(tài)則背向增益變小。,PIFA的局限,PIFA脫胎于帶短路微帶天線，有帶寬窄的先天缺點。 PIFA增益偏低。 結(jié)構(gòu)單調(diào)，不易與當今靈活多變的手機結(jié)構(gòu)相適應(yīng)。 面對3G和多模手機的要求，一個手機的天線（組）必須同時面對900（800）MHz、1700MHz2200MHz如此寬廣電磁波譜的要求。PIFA顯得力不從心。,內(nèi)置平面Monopole出現(xiàn)的現(xiàn)實意義,多模手機對多頻段天線的要求 Monopole的大帶寬和高增益，足以應(yīng)付3G時代跨越2GHz的幾百兆帶寬需求。 內(nèi)置平面Monopole結(jié)構(gòu)靈活，易于與當今多變的手機結(jié)構(gòu)

7、相配合,天線低頻部分,天線高頻部分,PCB,Feed Strip,塑膠支架 38X6X4,從右圖可見 該種monopole保持了低頻（1GHz）工作頻帶。 高頻則可有著與中心頻率比值20%以上、寬達幾百兆工作帶寬。,右圖為該天線模型在1.8GHz頻率下的增益方向圖。 最大增益4dBi。 全向性可控制,內(nèi)置Planar Monopole vs 手機結(jié)構(gòu)設(shè)計,內(nèi)置Planar Monopole天線可以比同樣工作頻率的PIFA小。 Monopole必須懸空，平面結(jié)構(gòu)下不能有PCB的Ground。 Monopole只需要一個Feed Point和PCB上的Pad相連。,內(nèi)置天線結(jié)構(gòu)種類,Stampin

8、g Stamping熱熔到Housing內(nèi)側(cè)，Stamping伸出spring與手機PCB連接 Stamping + Support Stamping熱熔到Support上，連接用spring Stamping + Support + Pogo pin (正、反) Stamping熱熔到Support上，連接用Pogo Pin。 正向使用Pogo Pin一般適合于帶support的結(jié)構(gòu)，反向使用都可以。,天線,Pogo Pin,PCB,天線,Pogo Pin,PCB,正向使用Pogo Pin的,反向使用Pogo Pin的,FPC FPC + Support + FPC連接器 FPC + Support + Pogo pin (正、反) Housing表面電鍍,內(nèi)置Helix,類似外置Helix內(nèi)藏于手機殼內(nèi) 金屬線Helix嵌入塑料內(nèi)